等離子清洗機提高陶瓷基板浸潤性改善共晶焊接性能

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發表時間：2022-12-15

共晶是指在相對較低的溫度下共晶焊料發生共晶物熔合的現象，共晶合金直接從固態變到液態，而不經過塑性階段。其熔化溫度即為共晶溫度。真空共晶焊就是在真空的環境下采用保護氣體，加熱使共晶焊料共晶達到芯片與基板、管殼互連的目的。

圖1.1 陶瓷基板焊接示意圖

影響裸芯片與基板真空共晶焊接的主要因素包括：焊接物本身質量、載體成分、焊料成分、保護氣氛、焊接溫度、真空度、焊接夾具、焊接工件的鍍層及潔凈度。下面將對焊接潔凈度進行分析和研究。

焊接潔凈度

共晶焊中焊接工件及焊料片的潔凈度也會影響焊接質量。若共晶焊時焊接工件、焊料片被污染或受到氧化，導致焊接時浸潤能力降低。因此只有通過對焊接工件、焊料片在焊接前進行清洗來保證焊接質量。現有的清洗方法有手工清洗、水清洗、超聲波清洗和等離子清洗。陶瓷基板的焊接，經過相關工藝試驗，陶瓷基板一般采用超聲波清洗，通過超聲將基板上的油脂、多余物清洗干凈，焊料片及裸芯片則采用等離子清洗機在焊接前進行，通過等離子清洗，增加了焊料片及裸芯片表面的潔凈度。

等離子清洗方式：

等離子清洗機通過設備產生的離子元素與被清潔工件上的污染物進行化學反應，從而達到清潔焊接工件表面的作用。其原理是將被清洗的器件放置在一個已被抽真空的箱體內，通入工藝氣體，輸入能量將氣體電離為包含正離子、負離子、自由離子等帶電粒子和不帶電中性粒子的正負電荷相等的等離子狀態，這些等離子體通過化學或者物理的作用對被清洗器件的表面進行處理，實現分子水平的污漬、沾污去除作用。

等離子清潔的反應氣體及作用：

等離子清潔可選擇的工藝氣體有氫氣（H2）、氧氣（O2），或者是兩種氣體的混合氣體。

氧氣清洗屬于化學清洗，是采用氧離子與被清洗工件上的污染物（主要是有機污染物）發生氧化反應，生成CO2和水被真空泵抽走排出，從而達到清洗的目的；

氫氣清洗也是化學清洗，是采用氫離子與被清洗件上的污染物（主要是氧化物）發生還原反應，將氧化物還原成水后被真空泵抽走排出。

氧氣清洗容易造成二次氧化，工藝控制難度大，氫氣是易燃易爆氣體，安全性方面需要注意和防范，一般使用的是氮氫混合氣體，或者氬氫混合氣體。

等離子清潔工藝驗證：

等離子清洗后的工件，是否達到清洗的效果，需要進行檢定。水滴角的測試就是一種檢定工件是否清洗干凈的方法。水滴角是將水滴在物體表面，通過測算水滴在表面鋪開的角度來評判物體表面親水性能的一種方法。

將裸芯片分為A、B、C三組，A組未進行任何清洗處理，B組進行無水乙醇清洗，C組進行等離子清洗，將三組樣品進行水滴角測試，測試結果見圖2.10、圖2.11、圖2.12。

圖 2.10 A 組樣品（未清洗）水滴角

圖 2.11 B 組樣品（無水乙醇清洗）

圖2 .12 C 組樣品（等離子清洗）水滴角

通過上述試驗證明，等離子清洗能夠對焊料片及裸芯片表面起到清潔作用。采用等離子清洗方式對焊接工件及焊料片進行清洗，即達到了清洗的效果，也保護了焊料片及焊接工件的外觀。等離子清洗能有效增強基板的浸潤性，降低芯片和基板共晶焊界面的孔隙率，同時也能清除元件表面的氧化物薄膜和有機物沾污，經過等離子清洗，其鍵合焊接強度和合金熔封密封性都得到提高。